Определение основных параметров потока цементно-воздушной смеси в разгрузочной трубе

В установках для перекачки цемента пневмокамерными насосами реализуется наиболее экономичный режим транспортирования потоками с высокими концентрациями материала и низкими скоростями [73, 107].

В таких потоках объемная концентрация материала может достигать значений, близких к насыпному состоянию

где β₀- концентрация материала в насыпном состоянии (β₀ ≈0,6).

Такие высокие концентрации материала возникают на входе в цементопровод [28]. Дальше по мере ускорения движения материала его концентрация снижается до уровня β = (0,15 — 0,25). Массовые расходы воздуха и цемента в цементопроводе определяются соотношениями

где F- площадь поперечного сечения трубопровода, плотности воздуха и цемента, кг/м³; ^u_в^,u_м - их скорости, усредненные по площади поперечного сечения трубы, м/с.

48

Загрузка цементопровода материалом характеризуется его действительной или мгновенной массовой концентрацией, равной отношению массы материала к массе воздуха в каком-либо выделенном отрезке трубопровода

Величина μ_dявляется локальной характеристикой потока цементной аэросмеси, которая меняется вдоль цементопровода. Пневмотранспортную установку в целом характеризует расходная концентрация материала, равная отношению массовых расходов цемента и воздуха

При μ ≥ 10 кг/кг концентрация цемента считается высокой, а при μ ≥ 60 кг/кг в цементопроводе устанавливается плотный слой материала.

Основные параметры потока цементной аэросмеси, скорости фаз, концентрация частиц и другие показатели непрерывно меняются как во времени, так и вдоль цементопровода, поэтому при описании процесса пневмотранспортирования часто используются скорости фаз, приведенные к поперечному сечению камеры насоса или трубопровода всегда больше фиктивных, поскольку находящийся в аэросмеси материал приводит к уменьшению живого сечения цементопровода.

Показателями эффективности пневмотранспортного процесса является удельная нагрузка на поперечное сечение цементопровода

а также удельный расход сжатого воздуха на транспортирование

гдеобъемный расход воздуха, приведенный к нормальным

условиям, м³/с.

Характерной особенностью двухфазных потоков является опережающее движение несущего воздушного потока относительно частиц материала. Отношение скорости транспортирующего воздушного потока к скорости цементных частиц, т.е. коэффициент скольжения можно оценить с помощью следующей эмпирической зависимости [94]

Верхним пределом скорости воздуха в цементопроводе следует считать критическую скорость, при которой частицы не выпадают на дно трубопровода. Ее значение приведенное, а величину можно оценить с помощью соотношения, полученного эмпирическим путем [94]

При использовании пневмокамерных насосов надёжно транспортирующая скорость воздушного потока, исключающая завалы цементопровода, как правило, ниже критической, но ее величина подбирается опытным путем.

Протекание процессов пневмотранспортирования цемента в значительной мере зависит от свойств самого транспортирующего агента - сжатого воздуха.

Параметры сжатого воздуха связаны между собой уравнением состояния идеального газа [1, 3]

где P- давление воздуха, Па; V - объем, занимаемый воздухом, м³; m- масса воздуха, кг; T- абсолютная температура воздуха, К (T=273+t°C); R- удельная газовая постоянная воздуха, R = 287,3Дж/кг-К.

Из уравнения (2.37) следует зависимость плотности воздуха от давления и температуры

При нормальных условиях (Р₀= 1 атм = 101325 Па, t =20°C, T = 293 К) плотность воздуха р= 1,2 кг/м³, а в емкости пневмокамерного насоса (Р= 0,6 МПа, t =140°C) достигает р= 5,12 кг/м³.

Вязкость воздуха с увеличением температуры возрастает. Зависимость коэффициента динамической вязкости ηот температуры имеет вид [3]

Коэффициент кинематической вязкости воздуха зависит не только от температуры, но и от давления

Приведение объемного расхода воздуха к нормальным условиям можно выполнить по формуле

где- давление в камере, температура и объемный расход

воздуха в рабочих условиях.

Рабочее давление P_pвключает в себя и атмосферное (нормальное) давление

51

где P_h- нормальное давление, Па; Р_из6 - избыточное давление, Па.

Скорость истечения воздушной струи через ограниченный слой дисперсной среды составляет от 10 до 50% скорости звука в воздухе С, которая определяется соотношением

где к - показатель адиабаты, к =1,405; Р - давление воздушной фазы, Па; р - плотность воздушной фазы, кг/м³. Для струй, истекающих в цемент из сопел аэрационного устройства пневмокамерного насоса, скорость истечения может принимать значения от 40 до 90 м/с.

где Q- объемный расход струи, м³/с.

По мере затухания струй их скорость снижается, ее можно определить

где U₀- скорость истечения струи, м/с; D₀- диаметр сопла, м.

Цементно-воздушная смесь (псевдоожиженный слой), образуемая аэрационным устройством в нижней зоне камеры насоса, нагнетается сжатым воздухом в разгрузочную трубу в виде пульсирующего газодисперсного потока, в котором сгустки (пробки) сильно концентрированной смеси перемещаются воздушными пузырями, в которых материал находится в виде газовзвеси.

При переходе на горизонтальные участки цементопровода цемент частично выпадает на дно и перемещается в виде волн или гребней. Сильно

выраженная неоднородность потоков цементной аэросмеси, создаваемых пневмокамерными насосами, исключает возможность применения для их расчета методов, разработанных для расчета пневмотранспорта во взвешенном (аэрозольном) состоянии.

2.3